网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Angew.:河南大学徐尤智/刘琪团队,二维COFs在有机电子学的研究进展

0
分享至

第一作者:刘琪,李强

通讯作者:刘琪,徐尤智

通讯单位:河南大学

DOI:10.1002/anie.202502536

全文速览

本文系统综述了二维共价有机框架(2DCOFs)在有机电子学中的最新进展。通过计算筛选和结构优化策略(如平面/层间电荷传输调控、拓扑设计、带隙工程与形貌控制),2DCOFs的导电性显著提升。研究进一步展示了其在有机场效应晶体管(OFETs)、忆阻器、光电探测器和气体传感器中的应用潜力,为下一代柔性电子器件设计提供了新思路。

背景介绍

传统有机半导体(如小分子和π共轭聚合物)因导电性低、结构无序等问题,限制了其在高性能电子器件中的应用。2DCOFs作为结晶性多孔材料,兼具可设计的π共轭网络、有序孔道和机械柔性,为解决上述瓶颈提供了可能。然而,其本征导电性不足仍是核心挑战。本文聚焦如何通过分子工程和器件设计优化2DCOFs的电子特性,并探索其实际应用。

图文解析

电荷传输机制:
2DCOFs的电荷传输分为跳跃传输(Hopping)和类带传输(Band-like)。平面内通过共轭键高效传输,层间通过π-π堆叠实现各向异性传导(图1-图2)。层间距(d-spacing)是影响层间传输的关键因素,当d-spacing <4.0 Å时,类带传输占主导(图1d-e)。

图1 2DCOFs电荷及质量传输与聚合物、小分子半导体的对比

图2 (a)小晶畴半导体中的跳跃传输和(b)大晶畴半导体中的类带传输示意图。(c)硼酸酯、亚胺和烯烃连接2DCOFs的σ,(d) σ或(e) μ与层间距之间的关系。

图3 连接体类型对电学性能的影响

拓扑与带隙调控:
Lieb晶格拓扑(图4)因高能带色散特性,显著提升导电性;供体-受体(D-A)结构设计可缩小带隙(图5),增强电荷分离效率。

图4 拓扑结构对2DCOFs电学性能的影响

图5 带隙对2DCOFs电学性能的影响

形态调控:2DCOFs薄膜通常表现出优于2DCOFs微晶的导电性。

图6 2DCOFs薄膜合成

器件应用实例:

OFETs:全共轭2DCOF薄膜(如CuPc-AQ-COF)的载流子迁移率高达970 cm² V⁻¹ s⁻¹(图6k)。

图7 2DCOFs在OFETs中的应用

忆阻器:有序孔道调控导电细丝生长,实现多级存储与类突触行为(图11)。

图8 2DCOFs在忆阻器中的应用(导电细丝机制)

光电探测器:D-A结构增强载流子分离和定向传输,提高光电转换效率。

图9 2DCOFs在光电探测器中的应用

气体传感器:多孔结构增强气体吸附,柔性薄膜应用于可穿戴器件。

图10 2DCOFs在可穿戴气体传感器中的应用

总结与展望

2DCOFs凭借结构可定制性、高稳定性和多孔特性,在有机电子学中展现出独特优势。未来研究需关注:

电荷传输机制:结合霍尔效应与器件测试深入解析导电本质;

单层制备:开发高结晶度单层2DCOFs,探索拓扑电子态;

多功能集成:结合机器学习优化材料设计,开发柔性可穿戴器件;

环境耐受性:提升器件在复杂环境下的稳定性与选择性。

图11 2DCOFs的未来机遇与挑战

作者简介

刘琪博士,2024年6月博士毕业于中国石油大学(华东)材料科学与工程学院材料科学与工程专业。同年8月入职河南大学加入徐尤智团队。研究方向为新型框架材料的设计合成及其催化传感应用。目前以第一作者及通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., ACS Sens. Sens. Actuators B Chem.发表论文20余篇。

徐尤智博士, 研究员,河南大学特聘教授,河南省青年拔尖人才。2016至2019年获德国DFG资助在埃尔朗根-纽伦堡大学和乌尔姆大学有机化学专业攻读博士学位。2020至2022年,在香港大学合成化学国家重点实验室从事博士后研究。2022年起,任职于河南大学化学与分子科学学院特聘教授。目前以第一作者或者重要参与者在Nat. Chem., Chem. Soc. Rev. J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Org. Lett., Chem. Eur. J.等重要学术期刊发表论文20余篇。获得国自然青年、面上基金等经费支持,并获得国家优秀自费留学生奖学金、日本“Chem Lett”青年奖等。J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed, Chem Sci. 等杂志独立审稿人,Chinese Chemical Letters杂志青年编委。

课题组主页网址:https://www.x-mol.com/groups/youzhixu

文献详情:

Two-Dimensional Covalent Organic Frameworks in Organic Electronics

Dr. Qi Liu, Qiang Li, Yu Li, Taotao Su, Binghan Hou, Yibo Zhao, Prof. Youzhi Xu

Angew Chem ,2025

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202502536

长按扫码,查看原文

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
不给钱就卖到园区会所?22岁哈尔滨女孩王然,这次怕是凶多吉少了

不给钱就卖到园区会所?22岁哈尔滨女孩王然,这次怕是凶多吉少了

皮蛋儿电影
2026-09-22 11:20:47
孩子鼻炎老反复?章文平主任:别只靠西替利嗪,脾肺双补更管用

孩子鼻炎老反复?章文平主任:别只靠西替利嗪,脾肺双补更管用

蜡笔小小子
2026-10-03 11:34:25
石墨生花迷奸案,51岁男子迷奸100多名女性,录418段不雅视频!竟还有人对他动真情…

石墨生花迷奸案,51岁男子迷奸100多名女性,录418段不雅视频!竟还有人对他动真情…

热点追踪人
2026-10-06 11:56:27
一个令人振奋的消息!中国人国庆假期赴日本旅游人数暴跌!

一个令人振奋的消息!中国人国庆假期赴日本旅游人数暴跌!

破镜难圆
2026-10-03 11:00:07
APEC开幕在即,外交部去掉高市职务头衔,高市来深圳开会身份尴尬了

APEC开幕在即,外交部去掉高市职务头衔,高市来深圳开会身份尴尬了

麓谷隐士
2026-10-06 00:05:04
大势不妙!中国友邦或倒戈,22页反华文件曝光,事态已经恶化

大势不妙!中国友邦或倒戈,22页反华文件曝光,事态已经恶化

白日追梦人
2026-10-05 09:46:47
高市早苗又出神图了!日网民又羞耻了

高市早苗又出神图了!日网民又羞耻了

这里是东京
2026-10-05 18:00:45
叶剑英坦言:毛主席用三次“神指挥”,折服了所有的将帅

叶剑英坦言:毛主席用三次“神指挥”,折服了所有的将帅

纪史行者
2026-10-02 06:00:10
全红婵不对劲,不是她以后不比赛了,而是她今年19岁了,居然开始了自己的精致路线

全红婵不对劲,不是她以后不比赛了,而是她今年19岁了,居然开始了自己的精致路线

LULU生活家
2026-09-30 20:32:43
恭喜!郑钦文递补入围武网正赛 大坂直美克雷茨科娃退赛神助攻

恭喜!郑钦文递补入围武网正赛 大坂直美克雷茨科娃退赛神助攻

醉卧浮生
2026-10-06 14:13:39
中俄再突发大事件!普京还没踏上访华飞机,俄远东港口全线堵完?

中俄再突发大事件!普京还没踏上访华飞机,俄远东港口全线堵完?

涵豆说娱
2026-10-06 00:17:08
台湾可以保留自己的军队,大陆不派一兵一卒进台

台湾可以保留自己的军队,大陆不派一兵一卒进台

小马姨
2026-10-04 17:17:00
卢拉首轮投票落败,申请调查美国干预大选,他清楚输了将万劫不复

卢拉首轮投票落败,申请调查美国干预大选,他清楚输了将万劫不复

旧史新谭
2026-10-06 16:30:14
蔡天凤尸检结果曝光,母亲称她二婚收3亿礼,前公公在庭上冷笑

蔡天凤尸检结果曝光,母亲称她二婚收3亿礼,前公公在庭上冷笑

开开森森
2026-10-05 19:19:51
养了十年的“儿子”要上市了,估值比“父亲”还贵40%:李彦宏的倒金字塔困局

养了十年的“儿子”要上市了,估值比“父亲”还贵40%:李彦宏的倒金字塔困局

砚舟
2026-10-04 18:28:10
英航一客机7分钟急坠8230米

英航一客机7分钟急坠8230米

财联社
2026-10-06 01:13:04
高芙遭外国球迷围攻:靠作弊打败中国小孩!16岁孙心然被裁判抢劫

高芙遭外国球迷围攻:靠作弊打败中国小孩!16岁孙心然被裁判抢劫

我爱英超
2026-10-06 07:21:24
商务KTV整治背后:漂亮女孩为何频入包厢,谁才是“局中人”?

商务KTV整治背后:漂亮女孩为何频入包厢,谁才是“局中人”?

王二哥老搞笑
2026-10-05 00:34:31
高人预测:5年后,持有燃油车的家庭,将面对3个现实问题!

高人预测:5年后,持有燃油车的家庭,将面对3个现实问题!

史之铭
2026-10-04 05:13:12
江西一摩托车疑闯高速被收费站工作人员持电锯拦下,律师:工作人员不是公安民警,没有强制拦截的执法权,遇到强行闯卡车辆仅能拒绝通行

江西一摩托车疑闯高速被收费站工作人员持电锯拦下,律师:工作人员不是公安民警,没有强制拦截的执法权,遇到强行闯卡车辆仅能拒绝通行

芒果都市
2026-10-06 14:47:11
2026-10-06 17:28:49
化学加网 incentive-icons
化学加网
萃聚英才,共享化学
13111文章数 8317关注度
往期回顾 全部

科技要闻

光遗传学是什么,为什么这项发现如此重要

头条要闻

挖出尸骨经DNA鉴定都是中国人的 专案组:血债血还

头条要闻

挖出尸骨经DNA鉴定都是中国人的 专案组:血债血还

体育要闻

30天30队·雄鹿:没有扬尼斯,重新试错吧

娱乐要闻

身家千万独居的王曼昱,私底下有多壕

财经要闻

杨植麟断腕:Kimi的至暗时刻与远征

汽车要闻

智能化再提升 2027款东风标致、东风雪铁龙新车更人性化了

态度原创

旅游
时尚
艺术
房产
军事航空

旅游要闻

烟台市蓬莱区:国庆假期消费市场火热 旅游业态点亮假日经济

国庆假期,有多少打工人在横店“扇巴掌”?

艺术要闻

吴大羽的一幅花韵,值870.4万港元!

房产要闻

保利大爆发,冲到榜一!海南楼市前三季度,热销榜出炉!

军事要闻

也门政府军称收复红海港口城市穆哈

无障碍浏览 进入关怀版